JP3356843B2 - ろう付用アルミニウム材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フラックスろう付に
よって製作される、例えば熱交換器の構成部材等として
用いられるろう付用アルミニウム材料の製造方法に関す
る。

【０００２】なお、この明細書において、アルミニウム
の語はその合金を含む意味で用いられる。

【０００３】

【従来の技術】アルミニウムはその軽量性、加工性、高
熱伝導性等の特徴を有し、かつフラックスろう付も容易
であることから、熱交換器を始め各種ろう付品の材料と
して広く使用されている。

【０００４】このようなろう付品を製作する場合、接合
簡易性の面から一般には、アルミニウム芯材の表面に圧
延によりＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドしたブレージン
グシートが用いられ、フラックスを塗布してろう付され
るが、アルミニウム材の種類によってはろう材をクラッ
ドすることができない場合がある。また、ろう材をクラ
ッドしてブレージングシートとなすのは、概してコスト
高につく。

【０００５】そこで、Ｓｉ粉末とフラックス粉末を混合
し、この混合粉末を懸濁した懸濁液等をアルミニウム材
の表面に塗布し、これを加熱することにより、Ｓｉをア
ルミニウム材のＡｌと反応させてＡｌ−Ｓｉ系ろう材を
形成し、このろう材を利用して接合部材を接合する方法
が提案されている（米国特許第５１０００４８号、同５
１９０５９６号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの方法
では、Ｓｉ粉末とフラックス粉末を懸濁液等の形で塗布
しているため、塗布量の調整が難しく、Ｓｉ粉末やフラ
ックス粉末の付着むらを生じ易いという問題があった。
このようなＳｉ粉末やフラックス粉末の付着むらは、Ｓ
ｉとマトリクスであるＡｌとの反応によるＡｌ−Ｓｉろ
う材の形成に重大な影響を及ぼし、ひいてはろう付不良
につながる危険性の高いものであった。しかも、ろう付
までの取扱い中に、付着したＳｉ粉末やフラックス粉末
が脱落し易いというような問題があった。殊に、構成部
材単体の段階でＳｉ粉末やフラックス粉末を塗布したの
ち、製品に組み立てる場合には、組み立て時に衝撃やこ
すりを受けやすいことから、Ｓｉ粉末やフラックス粉末
の剥離等を招き易いものであった。

【０００７】しかもまた、Ｓｉ粉末を懸濁液の形で塗布
すると、塗布厚さが厚くなるという欠点があった。この
ため、例えば、Ｓｉ粉末とフラックス粉末の懸濁液を塗
布した偏平チューブとフィンとを交互積層状態に配置し
てコア部を形成すると共に、チューブ表面のＳｉ粉末を
利用してチューブとフィンとをろう付するものとなされ
た熱交換器等では、仮組状態でチューブとフィンとの接
触状態を十分に確保したとしても、ろう付加熱時の溶融
や反応によりＳｉ塗布層が必然的に薄くなるため、チュ
ーブとフィンとの間に隙間を生じて接合不良を起こしや
すいというような欠点があった。

【０００８】この発明は、かかる技術的背景に鑑みてな
されたものであって、所期する量のＳｉ粉末やフラック
ス粉末を確実に付着させることができるとともに、アル
ミニウム材からのＳｉ粉末等の脱落防止やＳｉとフラッ
クスの付着層の薄肉化を図ったろう付用アルミニウム材
料の製作提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係るろう付用アルミニウム材料の製造方
法は、アルミニウム材の表面に、Ｓｉ粉末とフラックス
粉末の混合粉末を溶射し、あるいはさらにＺｎまたはＺ
ｎ合金粉末をも混合した混合粉末を溶射することを特徴
とするものである。

【００１０】Ｓｉ粉末は、ろう付加熱時にアルミニウム
材のＡｌと反応してろう材としてのＡｌ−Ｓｉ合金を形
成させるために必要なものである。このＳｉ粉末は、良
質なＡｌ−Ｓｉ合金を形成させるため、純度９８％以上
のものを用いるのが好ましい。

【００１１】アルミニウム材の表面に、上記Ｓｉ粉末と
フラックス粉末の混合粉末を溶射しただけでは、アルミ
ニウム材の耐食性向上効果を期待できない。このため、
耐食性が要求される場合には、該粉末の溶射に先立って
Ｚｎ溶射等によりＺｎ被覆層を形成しておいても良い。
しかしながら、この場合、Ｓｉ粉末とフラックス粉末と
の混合粉末の溶射工程とは別にＺｎ被覆層の形成工程が
必要であるため、製造ラインが長くなり、またコスト高
にもなる。

【００１２】そこで、Ｓｉ粉末にＺｎまたはＺｎ合金粉
末を混合し、これにさらにフラックス粉末を混合して溶
射することにより、１回の溶射工程にてろう付後のアル
ミニウム材に耐食性を付与することができる。また、Ｚ
ｎ又はＺｎ合金粉末を混合することにより、後述する
「のり状効果」による利益を享受することもできる。具
体的には、Ｚｎ単体の粉末を混合しても良いし、あるい
はＺｎ−Ａｌ系の合金粉末でも良いし、さらにはＺｎ粉
末とＺｎ−Ａｌ系合金粉末の混合粉末でも良い。また、
Ｚｎ−Ａｌ系の合金粉末は、ＺｎとＡｌのみを含むＺｎ
−Ａｌ合金粉末だけを意味するものではなく、Ｚｎ、Ａ
ｌの他第３成分が添加された例えばＺｎ−Ａｌ−Ｓｉ合
金粉末であっても良い。かかるＺｎまたはＺｎ合金粉末
におけるＺｎ含有量は４０wt％以上確保するのが望まし
い。４０wt％未満では、Ｚｎ量が不足して十分なＺｎ拡
散層を形成することができないため、ろう付後の耐食性
が低下するおそれがあるのみならず、融点の上昇を招い
て後述する「のり状効果」が低下する危険がある。特に
好ましくはＺｎまたはＺｎ合金粉末のＺｎ量を８５wt％
以上確保するのが良い。

【００１３】Ｓｉ粉末と防食用のＺｎまたはＺｎ合金粉
末を混合する場合、混合比率は重量比で４０：６０〜９
５：５に設定するのが良い。Ｓｉ粉末が９５wt％を越え
て多くなると、ＺｎまたはＺｎ合金粉末の「のり状効
果」が低下し、Ｓｉ粉末とＺｎまたはＺｎ合金粉末さら
にはアルミニウム材との密着性が悪化する危険がある。
一方、Ｓｉ粉末が４０wt％を下回って少なくなると、ろ
う材成分が減少し、ろう付性が悪くなるため、混合粉末
のアルミニウム材への付着量を多くしなければならない
という不都合を派生する。Ｓｉ粉末にＺｎまたはＺｎ合
金粉末を混合する場合の特に好ましい混合比率は、重量
比で４５：５５〜９０：１０である。

【００１４】Ｓｉ粉末、あるいはＳｉ粉末とＺｎまたは
Ｚｎ合金粉末の混合粉末にさらに混合されるフラックス
は、その種類が特に限定されるものではないが、非腐食
性の点で弗化物系フラックスが良い。弗化物系フラック
スとしては、例えば弗化カリウム（ＫＦ）と弗化アルミ
ニウム（ＡｌＦ₃ ）とを重量比で４５．８：５４．２の
共晶組成ないしはそれに近い組成範囲に含んで実質的に
錯体化された錯体混合物、ＫＡｌＦ₄ 、Ｋ₂ ＡｌＦ₅ 、
Ｋ₃ ＡｌＦ₆ 等の錯体化物を用いれば良い。

【００１５】Ｓｉ粉末、あるいはＳｉ粉末とＺｎまたは
Ｚｎ合金粉末の混合粉末とフラックスとの混合比率は、
重量比で９５：５〜６０：４０に設定するのが良い。フ
ラックス量が５wt％未満では、付着したフラックスの絶
対量が少なくなってろう付時に十分な酸化膜除去作用を
発揮させることができない恐れがある。逆に、フラック
スが４０wt％を越えて多くなると、過剰ろう付になった
り、ろう付後のアルミニウム材表面のフラックス残渣が
多くなって、外観品質が悪化し易くなる。Ｓｉ粉末、あ
るいはＳｉ粉末とＺｎまたはＺｎ合金粉末の混合粉末と
フラックス粉末の特に好ましい混合比率は、重量比で、
９０：１０〜８０：２０である。

【００１６】上記混合粉末の溶射により、アルミニウム
材の表面には、Ｓｉとフラックスが混交錯綜した溶射層
が形成される。あるいはさらに、ＺｎまたはＺｎ合金粉
末を混合した場合には、アルミニウム材の表面には、Ｓ
ｉとＺｎまたはＺｎ合金とフラックスが混交錯綜した溶
射層が形成される。Ｓｉ粉末あるいはＳｉ粉末とＺｎま
たはＺｎ合金粉末の混合粉末の付着量はろう付面積によ
って相違し、ろう付面積が小さいときは付着量は少なく
て良いが、ろう付面積が大きくなると必要付着量も増大
する。従って、付着量は特に規定されないが、一般的に
はＳｉ粉末単体の場合には６ｇ／ｍ² 以上が望ましく、
ＺｎまたはＺｎ合金粉末との混合粉末の場合には混合粉
末全体で８ｇ／ｍ² 以上が望ましい。一方、フラックス
付着量は１〜１０ｇ／ｍ² が望ましい。１ｇ／ｍ² 未満
の付着量ではフラックスの絶対量が少なすぎて、十分な
ろう付ができない場合がある。逆に、１０ｇ／ｍ² を越
える付着量では、過剰ろう付になったり、ろう付後のア
ルミニウム材表面のフラックス残渣が多くなって、外観
が悪化し易くなる。特に好ましいフラックス付着量は２
〜７ｇ／ｍ² である。

【００１７】また、溶射の条件は特に限定されないが、
Ｓｉ粉末については溶融を抑制し、表面部のみを溶融さ
せ内部は非溶融状態のまま行うのが良い。また、Ｚｎま
たはＺｎ合金粉末を用いる場合は、該粉末については溶
融を促進する（完全溶融が望ましい）のが良い。なお、
ＺｎまたはＺｎ合金粉末を用いる場合、Ｓｉ粉末は表面
溶融のない完全非溶融状態のままであっても良い。この
理由は次のとおりである。

【００１８】即ち、Ｓｉ粉末を溶融させないのが望まし
い理由は、完全溶融するような高温状態では、Ｓｉ粉末
の表面に強固な酸化皮膜が生成され易くなり、Ａｌとの
反応を阻害しひいてはろう付性を阻害する危険があるか
らである。また完全溶融してしまうと、溶射の段階でマ
トリックスであるＡｌと反応してＡｌ−Ｓｉ合金ろう材
が形成されるとともに、その後の冷却により、該ろう材
が内部に至るまで既にろう付を行ったのと同じ組織状態
となってしまい、その後のろう付時においてもはや十分
なろう付機能を発揮できなくなる危険があるからでもあ
る。一方、ＺｎまたはＺｎ合金粉末を溶融させるのが良
い理由は、このＺｎまたはＺｎ合金粉末を溶融液状化し
て、固体状態あるいは表面のみが溶融した前記Ｓｉ粉末
粒子の周囲に密着し、あるいはＳｉ粉末粒子間に充填す
ることにより、Ｓｉ粉末粒子相互を接着する「のり状効
果」を発揮させ、バインダーとしてＳｉ粉末粒子を保持
するとともに、アルミニウム材に密着させるためであ
る。このように、ＺｎまたはＺｎ合金粉末を溶融させる
とともに、Ｓｉ粉末の溶融を抑制して溶射を行った場合
には、アルミニウム材の表面に形成される溶射層は、ほ
ぼＳｉ粉末のままの多数のＳｉ粒子が、ＺｎまたはＺｎ
合金粉末の溶融凝固したＺｎまたはＺｎ合金を介してア
ルミニウム材表面に保持された状態となっている。な
お、もとより、Ｓｉ粉末の一部に完全溶融しているもの
が含まれていても良いし、ＺｎまたはＺｎ合金粉末の一
部に溶融していないものが含まれていても良い。

【００１９】このように、Ｓｉ粉末の溶融を抑制し、あ
るいはＺｎまたはＺｎ粉末が使用される場合には該粉末
の溶融を促進して溶射を行うための具体的な溶射条件と
しては、プラズマアーク溶射のような高温度溶射ではな
く、溶射雰囲気温度２０００〜４０００℃程度（好まし
くは２５００〜３５００℃程度）のフレーム溶射法によ
るのが良い。溶射雰囲気温度が２０００℃未満では、Ｓ
ｉ粉末単体の場合のＳｉ粒子の表面溶融が不十分とな
り、またＺｎまたはＺｎ合金粉末を用いる場合にもＺｎ
粒子の溶融が不十分となって密着性に劣る危険がある。
逆に、４０００℃を越えるとＳｉ粒子が完全溶融してろ
う付性が低下する恐れがある。

【００２０】溶射距離は５０〜４００ｍｍが望ましい。
５０ｍｍ未満では溶射ガンとアルミニウム材との距離が
近すぎるため加熱し過ぎてＳｉ粒子の酸化が激しくな
り、ろう付性を悪化させる危険がある。逆に、４００ｍ
ｍを越えると表面溶融したＳｉ粒子や完全溶融したＺｎ
またはＺｎ合金粒子がアルミニウム材に到達するまでに
再凝固して、付着歩留まりの悪化や溶射層の密着性低下
を来たす虞れがある。特に好ましい溶射距離は２００〜
３００ｍｍである。

【００２１】また、Ｓｉ粉末の粒径は溶融を抑制すべく
平均で５〜２００μｍの範囲とするのが良い。５μｍ未
満ではＳｉの酸化が激しいうえ、完全溶融し易くなり、
ろう付性が悪くなる恐れがある。また、２００μｍを越
えると、Ｓｉ粉末単独使用の場合にＳｉ粒子の表面溶融
が不十分で密着性が悪化しやすくなると共に、付着歩留
りが悪くなる恐れがある。Ｓｉ粉末の特に好ましい粒径
は平均で２０〜１００μｍである。

【００２２】一方、ＺｎまたはＺｎ合金粉末の粒径は平
均で２００μｍ以下とするのが良い。２００μｍを越え
ると、溶融しにくくなるため、「のり状効果」が低下す
るとともに、付着歩留まりが悪くなる。特に好ましくは
１５０μｍ以下とするのが良い。

【００２３】また、上記Ｓｉ粉末やＺｎまたはＺｎ合金
粉末の形状や、フラックスの粒径は限定されることはな
いが、溶射装置のフィーダー内及び溶射ガンの細いノズ
ル内をスムーズに通過させるために、Ｓｉ粉末、Ｚｎま
たはＺｎ合金粉末の各１０wt％以上、好適には５０wt％
以上が球状粒子であることが望ましい。また、フラック
スの平均粒径は１０〜２００μｍであるのが望ましい。

【００２４】なお、上記の溶射は粉末粒子の酸化を防止
するため、Ｎ₂ 雰囲気等の非酸化性雰囲気で行うのが良
い。また、溶射層はアルミニウム材の片面にのみ形成し
ても良いし、図１に示すようにアルミニウム材（２）の
上下に溶射ガン（４）（４）を配置して溶射を行うこと
により、上下両面に溶射層を形成しても良い。

【００２５】溶射層を形成されるアルミニウム材の組成
は特に限定されることはなく、用途との関連で要求され
る種々の材質のものを用いれば良い。また、加工方法も
限定されることはなく、押出材、圧延材、鋳造材その他
各種のものを用いることができる。また、溶射は、コイ
ル状のアルミニウム材を巻きほどきながら、あるいはア
ルミニウム材が特に押出材の場合には、アルミニウム材
を押出機から押出しながら、連続的に溶射するのが生産
効率上好ましい。また、アルミニウム材の断面形状も限
定されることはなく、用途との関連で決定される任意の
形状に製作すれば良い。

【００２６】上記により、Ｓｉ粒子とフラックス粒子の
溶射層を形成したアルミニウム材は、その後、ろう付品
の構成部材としてろう付に供され、６００℃前後の温度
に加熱される。この加熱により、溶射層中のフラックス
が溶融して酸化膜を破壊除去するとともに、溶射層中の
Ｓｉがアルミニウム材のＡｌと反応してＡｌ−Ｓｉ合金
ろう材を形成し、このろう材が溶融してろう付接合が達
成される。また、Ｓｉ粉末にＺｎまたはＺｎ合金粉末を
混合した場合には、加熱時の温度上昇の過程で、溶射層
中のＺｎまたはＺｎ合金がＡｌ材表面の酸化膜を破壊し
ながら溶融し始めるとともに、アルミニウム材表面に拡
散して防食層が形成される。また、Ｓｉ粉末の単独溶射
層の形成前に、予めアルミニウム材の表面にＺｎ被覆層
を形成しておいた場合にも、該Ｚｎが拡散して防食層が
形成される。

【００２７】

【作用】アルミニウム材の表面に、Ｓｉ粉末とフラック
ス粉末を溶射により直接付着させるから、Ｓｉ粉末等を
懸濁液等の形で塗布する従来の方法に較べて、所期する
量のＳｉやフラックスが確実に付着される。しかも、Ｓ
ｉが直接あるいはＺｎを介してアルミニウム材に金属的
結合状態にて付着しており、またフラックスもＳｉやＺ
ｎ等と合金化したのと同等の状態にて付着しているか
ら、Ｓｉやフラックスとアルミニウム材との密着性が良
く、Ｓｉやフラックスの脱落や剥離が防止される。

【００２８】また、Ｓｉとフラックスの混合粉末の溶射
に先立ってアルミニウム材の表面にＺｎ被覆層を形成し
た場合、あるいはＳｉ粉末とＺｎまたはＺｎ合金粉末と
フラックス粉末を混合して溶射した場合には、ろう付後
にＺｎ拡散層により耐食性が付与される。

【００２９】また、ＺｎまたはＺｎ合金粉末を加えた場
合には、溶射層中にＺｎまたはＺｎ合金と、Ｓｉとが混
交状態に存在するから、Ｓｉが大気と接する面積が減少
し、酸化皮膜の形成が抑制され、その後のろう付性が阻
害される不都合が軽減される。

【００３０】また、Ｓｉ粉末の溶融を抑制して溶射を行
った場合には、Ｓｉ粒子は完全溶融するほどの高温状態
にならないため、Ｓｉ粒子の酸化が抑制されるととも
に、Ｓｉ粒子とＡｌとの早期反応が抑制され、良好なろ
う付が行われる。また、ＺｎまたはＺｎ合金粉末を溶融
させて溶射を行った場合には、その「のり状効果」によ
り、Ｓｉ粒子がアルミニウム材の表面に益々密着性良く
保持される。

【００３１】

【実施例】

（実施例１〜１０）ＪＩＳ１１００Ａｌ合金からなる幅
１６ｍｍ×高さ３ｍｍ×肉厚０．５ｍｍの多孔偏平押出
材を、図１及び図２に示すように、押出機（１）から押
出したのち冷却用水槽（３）で冷却し、その後コイル
（７）に連続的に巻き取った。そして、冷却用水槽
（３）の出側において、押出材（２）の上下に溶射ガン
（４）（４）をコイル方向に傾斜させた状態で配置し
た。そして、溶射ガン（４）（４）を押出材に対して５
０ｍ／分の速度で移動させながら溶射を行った。溶射ガ
ン（４）としては、図３に示すようなノズル部を有する
フレーム式のものを用いた。この溶射ガンでは、燃料送
給管（41）を介して供給される燃焼ガスおよび酸素の混
合燃料ガスがノズル部先端から噴出して点火され円柱状
のフレームを形成し、粉末送給管（42）を介してキャリ
アガスとともにフレーム中に送給される原料粉末（43）
を加熱する。そして、加熱された粉末を圧縮空気送給管
（44）から送給される圧縮空気のジェットにより霧状に
して前方に飛ばし、押出材（２）の表面に付着させるも
のとなされている。図３中（45）は空気流を示す。な
お、本実施例の溶射ガンでは、燃料ガスとしてプロピレ
ンを用い、圧縮空気量は８００リットル／分とした。

【００３２】上記の構成において、溶射すべきＳｉ粉末
の平均粒子径、球状粒子の割合、フラックスとの混合
比、溶射条件等を表１及び表２のように各種に変えて溶
射を行い、押出材（２）の上下両面に溶射層（５）
（５）を被覆形成した。なお、Ｓｉ粉末は純度９８％の
ものを用い、フラックスとしては８２wt％ＫＡｌＦ₄ ＋
１８wt％Ｋ₃ ＡｌＦ₆ からなる平均粒径８０μｍのもの
を用いた。また、試料Ｎｏ１１については、図１に示す
押出機（１）の出側直後にＺｎ溶射機を配置して、高温
状態のアルミニウム押出材の表面に対してＺｎ溶射を行
い、Ｓｉ粉末の溶射前に予め亜鉛被覆層を形成しておい
た。また、試料Ｎｏ４については、溶射時に溶射材のわ
ずかな息つぎが認められた。

【００３３】そして、得られたろう付用アルミニウム材
料について、溶射層の最大皮膜厚さ、Ｓｉ付着量および
フラックス付着量を測定したところ、表２のとおりであ
り、Ｓｉ粉末粒径の大きい試料Ｎｏ３、溶射距離の長い
試料Ｎｏ６、溶射温度の低いＮｏ７では付着歩留りがや
や悪く、Ｓｉ粉末の付着量が少ないものであった。ま
た、フラックスの混合比率の大きいＮｏ１０は、フラッ
クス付着量の多いものであった。また、各試料の溶射層
の断面を拡大して金属組織状態を調べたところ、試料Ｎ
ｏ１、３、４、５、６、７、９〜１２についてはＳｉ粒
子形状が保持されており、従って溶射によってＳｉ粒子
の表面部のみが溶融して内部は非溶融状態のまま存在し
ていた。また、試料Ｎｏ２、８については、Ｓｉの溶融
が促進されたものであった。また、試料Ｎｏ５について
はＳｉ表面の酸化が激しいものであった。

【００３４】（比較例１）表１に示す条件のＳｉ粉末
（純度９８％）に、８２wt％ＫＡｌＦ₄ ＋１８wt％Ｋ₃
ＡｌＦ₆ からなる弗化物系フラックスを重量比で８５：
１５の割合で混合し、さらにこれを純水に重量比で２
０：８０の割合で懸濁させてスラリーとし、これをＪＩ
Ｓ１１００Ａｌ合金製の押出チューブ材の表面に塗布し
乾燥した。Ｓｉの付着量は表１のとおりであった。

【００３５】（比較例２）表１に示す条件のＳｉ粉末
（純度９８％）に、上記比較例１と同じフラックスを重
量比で８５：１５の割合で混合し、さらにこれをイソプ
ロピールアルコールに重量比で４０：６０の割合で懸濁
させてスラリーとし、これをＪＩＳ１１００Ａｌ合金製
の押出チューブ材の表面に塗布し乾燥した。Ｓｉの付着
量は表１のとおりであった。

【００３６】次に、上記により得られた各種ろう付用ア
ルミニウム材料について以下の試験を行った。

【００３７】［密着性試験］溶射層の密着性を調査し
た。密着性は、長さ６００ｍｍに切断した各チューブ
を、直径５００ｍｍのリングに添わせて逆Ｕ字状に曲げ
たのち、曲げ方向を逆にしてＵ字状に曲げてこれを１サ
イクルとするとともに、これを１０サイクル繰り返した
ときの溶射層等の剥れの有無により評価した。

【００３８】［ろう付性試験］上記により製作した各ろ
う付用アルミニウム材料を熱交換チューブ（長さ５５０
ｍｍ）に用いて、図４および図５に示すいわゆるマルチ
フロー形のアルミニウム製熱交換器コアにそれぞれ組み
立てた。なお、図４および図５に示す熱交換器コアは、
水平状態で上下に平行に配置された上記ろう付用アルミ
ニウム材料からなる多数本のチューブ（11）と、隣接す
るチューブ（11）間に介在配置されたコルゲートフィン
（12）と、最外側のコルゲートフィンの外側に配置され
たサイドプレート（13）（13）を備えた縦３５０×横５
５０×奥行１６ｍｍに形成されたものである。また、コ
ルゲートフィン（12）としては、ＪＩＳ３００３Ａｌ合
金からなる長さ５３０ｍｍ×幅１６ｍｍ×高さ８ｍｍ×
肉厚０．１２ｍｍのものを用い、またサイドプレートと
してはＪＩＳ１１００Ａｌ合金からなる長さ５３０ｍｍ
×幅１６ｍｍ×肉厚０．８ｍｍのものを用いた。

【００３９】次に、上記の各熱交換器コア組立物を帯鉄
にて縛ったのち、Ｏ₂ 濃度５０ｐｐｍ、露点−４５℃の
Ｎ₂ ガス雰囲気の連続炉にコアを投入して６００℃×３
分加熱し、各構成部材をろう付した。

【００４０】そして、各熱交換器のチューブ（11）につ
いて、コルゲートフィン（12）との接合率を求めること
により、ろう付性を評価した。接合率は、以下の式によ
り求めた。

【００４１】フィン接合率＝（ろう付後のフィン・チュ
ーブ接合山数／ろう付前のフィン・チューブ接触山数）
×１００（％） ［耐食性試験］本発明実施品Ｎｏ１１に係る熱交換器コ
アをＣＣＴ腐食試験（複合腐食試験）に供して、１２０
サイクル後のチューブの腐食深さを調べた。

【００４２】以上の結果を表２に示す。

【００４３】

【表１】

【表２】 表１、表２の結果からわかるように、本発明実施品（Ｎ
ｏ１〜１２）は、アルミニウム材に対する溶射層の密着
性も良好で、ろう付性にも優れていることがわかる。特
に、Ｓｉ粉末の内部の溶融を抑制して溶射を行った実施
品（Ｎｏ１、４、１１、１２）の場合には、粉末の表面
溶融がやや不十分なＮｏ３、６、７に較べて密着性が優
れており、かつＳｉ粒子の溶融が促進されたＮｏ２、８
や、Ｓｉの酸化の激しいＮｏ５に較べてろう付性に優れ
ていることがわかる。また、Ｓｉの付着量が少ない場合
や（Ｎｏ３、６、７）、フラックス付着量の少ない場合
（Ｎｏ９）には、ろう付性がやや悪くなることもわか
る。また、ろう付品の外観を目視観察したところ、Ｎｏ
１０の実施品では、フラックス残渣の付着により清浄性
にやや欠けるものであった。また、予めＺｎ被覆層を形
成した場合には（Ｎｏ１１）、耐食性に優れることもわ
かる。

【００４４】これに対し、Ｓｉ粉末とフラックス粉末と
の混合粉末を懸濁液の形で塗布した比較例１、２は、密
着性に劣るものであった。また、ろう付性にも劣るもの
であったが、これはＳｉやフラックスの付着むらが存在
するとともに、熱交換器コアの組立時に、付着した粉末
の一部が脱落したからと考えられる。

【００４５】（実施例２１〜３８）溶射すべき粉末の種
類、Ｚｎ量、混合比率、溶射条件等を表３及び表４のよ
うに各種に変えるとともに、実施例１〜１２と同様にし
て溶射を行い、アルミニウム押出材（２）の上下両面に
溶射層（５）（５）を被覆形成した。なお、Ｓｉ粉末、
フラックスについては上記実施例と同じ物を用いた。ま
た、試料Ｎｏ２７については、溶射時に溶射材のわずか
な息つぎが認められた。

【００４６】そして、得られたろう付用アルミニウム材
料について、Ｓｉ粉末とＺｎまたはＺｎ合金粉末の合計
付着量、及びフラックス付着量を測定したところ、表４
のとおりであり、Ｓｉ粉末粒径の大きい試料Ｎｏ２３
や、Ｚｎ合金粉末粒径の大きいＮｏ２６や、溶射距離の
長いＮｏ３１や、溶射温度の低いＮｏ３２では付着歩留
りが悪く、Ｓｉ粉末とＺｎ合金粉末の付着量が少ないも
のであった。また、フラックスの混合比率の大きいＮｏ
３５は、フラックス付着量の多いものであった。各試料
の溶射層の断面を拡大して金属組織状態を調べたとこ
ろ、試料Ｎｏ２１、２３、２４、２７、２９、３０、３
４〜３８については、Ｓｉ粒子形状が保持されており、
従って溶射によってＳｉ粒子の表面部のみが溶融して内
部は非溶融状態のまま、あるいはまったく溶融すること
なく固体状態のまま存在する一方、このＳｉ粒子相互の
隙間に溶融したＺｎ合金が充填されていた。また、試料
Ｎｏ２５、２６、３２については、Ｚｎ合金粒子の溶融
がやや不十分であった。また、試料Ｎｏ２８について
は、Ｚｎ合金粒子は溶融していたが、その絶対量がやや
不足するものであった。また、試料Ｎｏ３１について
は、Ｚｎ合金粒子の一部に溶融後の再凝固が認められ
た。また、試料Ｎｏ２２および３３については、Ｚｎ合
金粒子はもとよりＳｉ粒子の溶融も促進されていた。ま
た、試料Ｎｏ３０については、Ｓｉ表面の酸化が激しい
ものであった。

【００４７】上記の各種アルミニウム材につき、前記と
同様に密着性試験、ろう付性試験を実施するとともに、
Ｎｏ２１、３６に示す実施品に係る熱交換器コアに前記
と同様の耐食性試験を実施した。

【００４８】以上の結果を表４に示す。

【００４９】

【表３】

【表４】 上記結果からわかるように、本発明実施品（Ｎｏ２１〜
３８）は、アルミニウム材に対する溶射層の密着性も良
好で、ろう付性、耐食性にも優れていることがわかる。
特に、ＺｎまたはＺｎ合金粉末を完全溶融させる一方、
Ｓｉ粉末の溶融を抑制して溶射を行った実施品（Ｎｏ２
１、２４、２７、３６〜３８）の場合には、Ｚｎまたは
Ｚｎ合金粉末の溶融が不十分なＮｏ２５、２６、３１、
３２に較べて密着性が優れており、かつＳｉ粒子の溶融
が促進されたＮｏ２２、３３に較べてろう付性に優れて
いることがわかる。また、粉末のＺｎまたはＺｎ合金絶
対量が少ないと（Ｎｏ２８）、密着性がやや悪くなるこ
ともわかる。さらに、Ｓｉ粉末の絶対量の少ない場合
（Ｎｏ２９）や、溶射距離が短いためにＳｉ粒子の酸化
が激しい場合（Ｎｏ３０）では、ろう付性がやや悪くな
ることもわかる。また、Ｓｉ及びＺｎ粉末の付着量が少
ない場合（Ｎｏ２３、２６、３１、３２）や、フラック
ス付着量の少ない場合（Ｎｏ３４）には、ろう付性がや
や悪くなることもわかる。また、ろう付品の外観を目視
観察したところ、Ｎｏ３５の実施品では、フラックス残
渣の付着により清浄性にやや欠けるものであった。

【００５０】

【発明の効果】この発明は、上述の次第で、アルミニウ
ム材の表面に、Ｓｉ粉末とフラックス粉末の混合粉末を
溶射により直接付着させるから、Ｓｉ粉末とフラックス
粉末を懸濁液等の形で塗布する従来の方法に較べて、所
期する量のＳｉやフラックスを付着むら無く均一確実に
付着できる。しかも、Ｓｉが直接あるいはＺｎまたはＺ
ｎ合金を介してアルミニウム材に金属的結合状態にて付
着し、またフラックスもＳｉやＺｎ等と合金化したのと
同等の状態にて付着しているから、Ｓｉやフラックスと
アルミニウム材との密着性が良く、Ｓｉやフラックスの
脱落や剥離を防止できる。従って、接合不良のない品質
の安定したろう付品の提供が可能となるとともに、構成
部材単品に溶射層を形成した後にろう付品に組立てるこ
とも可能となり、製造自由性を増大し得る。

【００５１】また、溶射によりＳｉ及びフラックスを付
着させるから、懸濁液として塗布する場合に較べて付着
層（溶射層）をはるかに薄くできる。従って、ろう付前
後における溶射層の厚さの変化量を少なくできるから、
従来のようにＳｉ及びフラックスの塗布層の厚さがろう
付によって大幅に減少することによる接合部品相互間の
隙間の発生を防止することができ、該隙間に起因するろ
う付不良を生じない確実なろう付が可能となる。

【００５２】また、Ｓｉ粉末の表面部のみを溶融して溶
射を行った場合には、Ｓｉ粉末は完全溶融するほどの高
温状態にならないため、Ｓｉ粒子とＡｌとのろう付前の
反応を抑制することができるとともに、Ｓｉの酸化を抑
制することができる。しかも、Ｓｉ粉末の内部は溶融し
ておらず、溶射前の組織がそのまま維持されているか
ら、その後のろう付加熱時にＳｉとアルミニウム材のＡ
ｌとを十分に反応させることができ、良好なろう付を行
うことができる。

【００５３】また、Ｓｉ粉末とフラックス粉末との混合
粉末の溶射前に、予めＺｎ被覆層を形成した場合には、
ろう付後のろう付品に耐食性を付与することができる。

【００５４】また、Ｓｉ粉末とフラックス粉末のみを溶
射するのではなく、ＺｎまたはＺｎ合金粉末を混合して
溶射した場合には、予めＺｎ被覆層を形成する工程が不
要となり、１回の溶射工程により、ろう付後に耐食性を
付与し得るアルミニウム材の製作が可能となる。しか
も、溶射層中にＺｎまたはＺｎ合金と、Ｓｉとが混交状
態に存在するから、Ｓｉが大気と接する面積が少なくな
り、酸化皮膜の形成を抑制でき、ひいてはその後のろう
付性を阻害する不都合を軽減できる。

【００５５】また、ＺｎまたはＺｎ合金粉末を溶融させ
る一方、Ｓｉ粉末は溶融を抑制して溶射を行った場合に
は、ＺｎまたはＺｎ合金粉末の溶融による「のり状効
果」により、Ｓｉ粒子をアルミニウム材の表面に益々密
着性良く保持できる。

【００５６】もとより、Ａｌ−Ｓｉろう材は、ろう付時
のＳｉとマトリクスであるＡｌとの反応により形成され
るから、Ａｌ−Ｓｉ合金粉末やＡｌ粉末とＳｉ粉末の混
合粉末を取り扱う必要がなく、従って粉塵爆発等の危険
をなくしうる。また、Ｓｉ粉末はＡｌ−Ｓｉ合金粉末や
Ａｌ粉末等に較べてコスト的に安価なため、製造原価を
低減できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における溶射工程の概略構成図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】実施例で用いた溶射ガンの拡大断面図である。

【図４】実施例で製作したマルチフロー型アルミニウム
熱交換器コアの正面図である。

【図５】図４の熱交換器のチューブとコルゲートフィン
とを分離して示す斜視図である。

【符号の説明】

２…アルミニウム材 ５…溶射層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 真史 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−46969（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−157794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−10467（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−35894（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/40 B23K 35/22 - 35/28 C23C 4/00 - 4/18

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム材の表面に、Ｓｉ粉末とフ
   ラックス粉末の混合粉末を溶射することを特徴とするろ
   う付用アルミニウム材料の製造方法。
2. 【請求項２】 Ｓｉ粉末の表面部のみを溶融させて溶射
   を行う請求項１に記載のろう付用アルミニウム材料の製
   造方法。
3. 【請求項３】 Ｓｉ粉末とフラックス粉末との混合粉末
   の溶射前に、アルミニウム材の表面にＺｎ被覆層を形成
   しておく請求項１または２に記載のろう付用アルミニウ
   ム材料の製造方法。
4. 【請求項４】 Ｓｉ粉末と、ＺｎまたはＺｎ合金粉末
   と、フラックス粉末を混合して混合粉末とし、この混合
   粉末をアルミニウム材の表面に溶射することを特徴とす
   るろう付用アルミニウム材料の製造方法。
5. 【請求項５】 ＺｎまたはＺｎ合金粉末を溶融させる一
   方、Ｓｉ粉末の溶融を抑制して溶射を行うことを特徴と
   する請求項４に記載のろう付用アルミニウム材料の製造
   方法。